TW455837B - System and method for programming nonvolatile memory - Google Patents

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422»ίρίΓ doc/OOS 五、發明説明（/ ) 發明領域 本發明是有關於一種非揮發性記憶體，且特別是有 關於一種程式化非揮發性記憶體之系統及方法。 習知技藝探討 通常使用非揮發性半導體記憶體裝置，如電性可抹 除可程式化唯讀記憶體（E E P R Ο Μ)與快閃可抹除可程式化 唯讀記憶體（flash EEPROM)，作爲大量儲存媒體，其最大 要克服困難的缺點爲此些記憶體每一位元的成本太昂貴。 爲了解決此一問題，近來有些每一記憶胞多位元的論文被 提出。習知技藝之非揮發記憶體的封裝密度相當於一種形 式中記憶體記憶胞的總數。同時，每一記憶胞多位元可於 一記憶體記憶胞中儲存超過2位元的資料，提昇相同積片 面積上的資料密度，而無須降低記憶體記憶胞的尺寸。對 每一記憶胞多位元而言，個別的記憶體記憶胞需要有多於 3種臨限電壓位準的程式化。例如，爲了要對每一記憶胞 儲存超過2位元的資料，個別的記憶胞必須以22種方式程 式化，亦即，4種臨限位準。這點4個臨限電壓位準分別 對應邏輯狀態⑽、〇1、丨〇、及11。 多位準程式化中，最嚴重的問題爲個別的臨限電壓 位準具有一種統計分布。此種分布數値約爲0.5V。當精密 地調整個別的臨限電壓位準使得分布被降低更多時，可以 有更多的位準被程式化，其依序增加每一記憶胞的位元數 目。爲了降低電壓分布，有-種執行程式化之方法，其重 複邊程與確認。依照此方法，一組程式化電壓脈衝被作用 4 ---I 1· I Hr n - - - - - I I T I I ! n - (详先閱讀背面之注意事項再功涔本頁) 本紙张尺度適月]中國國家標率（CNS ) A4規格（ΉΟΧ297公釐) 五、發明说明（2 ) 於記億胞，用以程式化非揮發記憶體記憶胞成爲預期的臨 限位準。爲r要確認記憶胞是否達到預期的臨限位準’必 須在個別的電壓脈衝之間執行讀取。在確認期間，當被確 認的臨限位準達到預期的臨限位準時，就終止程式化。在 重複程式化與確認之方法中，很難降低臨限位準的誤差分 布，由於程式化電壓的脈衝寬度受限制。另外，重複程式 化與確認之方法係以電路實施，會增加晶片週邊電路的面 積。再者，重複的方法拉長的程式化所需的時間。爲了解 決此一缺點，在西元1995年6月6曰所取得的美國專利 號第 5, 442，842 號中，R. Cernea of SunDisk Co., Ltd 建議 一種同時進行確認與程式化之方法。 第U圖繪示C e r n e a揭露之非揮發性記憶體（E E P R Ο Μ) 的符號及電路圖；第lb圖繪示第la圖之非揮發性記憶體 的程式化原理圖。 參照第la圖，非揮發性記憶體記憶胞由一控制閘極、 一浮置閘極、一源極、一通道區域及一汲極所組成。當足 以引起程式化之電壓作用於控制閘極與汲極時，電流流經 汲極與源極之間。當如此之流動的電流與一參考電流相比 較，並且達一相當於或小於此參考電流時，一程式化完成 信號被產生。依照此習知技藝，在程式化的同時自動進行 確認，禰補程式化與確認需重複的重複方法之缺點。然而， 在Cernea的方法中，臨限電壓位準並不是由作用於記憶 體記憶胞內場效電晶體的個別電極來控制。並且，西元1991 年8月27日取得之美國專利第5,043,940號中，提出多階 5

---------裝------1T------^ (誚先閱讀背面之注意事項再域窍本頁J 本紙張尺度適川中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐) 683 683 A7 B7 42：^pil 五、發明説明（$ ) 程式化，其方式爲作用於一記憶體記憶胞的個別部分之電 壓爲固定的，以及相對應個別位準的參考電流爲不同的° 在此方法中，如第lb圖所示，用以偵測的參考電流與記 憶胞的臨限電壓不具有淸楚的關係，並且不具線性枏關。 再者，如第2a圖所示，在習知技藝的第二種方法中， 當記憶體記憶胞的程式化與抹除被重複數次，介於浮置閘 極與記憶胞通道之間的穿遂氧化薄膜(tunnel oxide film)會 自然地退化，隨著陷入電荷的增加，其明顯地降低程式化 位準。另外，如第2b圖所示，相對應每一多位準之一臨 限電壓的機率密度分布也不是整齊的了，隨著程式化次數 增加變成更爲寬廣，導致讀取容許降低。 前述習知用以程式化一非揮發性記憶體的方法具有 下列問題。 第一，對於重複程式化與確認的程式化方法中，當 程式化/抹除次數增加，穿遂氧化薄膜的退化會降低其程 式化可靠性，其隨著程式化位準的逐漸降低與相對應每一 多位準之一臨限電壓的更廣分布而降低讀取容許。 第二，對於改變相對應每一位準的一參考電流之程 式化方法中，因爲直接有效的多位準控制是困難的，有效 的程式化變爲不可能發生。 . 發明綜合說明 因此，本發明針對程式化非揮發記憶體的系統與方 法，其實質上消除了相關技藝限制及缺點所引起的一或多 種問題。 6 ------------.k.------ΐτ------^ (誚先閲讀背面之注意事項存功巧本頁) 本纸張尺度述川中國國家標準（CNS > A4规格（2丨0><297公釐） 4 紅浐部中戎i?·^·^爻 1 消於^:^.^01¾. 5 83 7 A7 —_ „ β7 五、發明説明u.) 本發明的· •目的是在提供程式化非揮發記憶體的系 統與方法，其可以直接且有效地控制每一位準。

本發明的另一目的是在提供程式化非揮發記憶體的 系統與方法，其提供一種不管重複多次的程式化及抹除仍 不變的程式化狀態，獲致改善的程式化可靠性D 本發明的洱一 ϋ的是在提供程式化非揮發記憶體的 系統與方法，其可預防記憶胞過度抹除。 . 本發明附加的特徵會在之後說明敘述，部分的說明 明顯，或可以由本發明的實施所習得。本發明的目標與優 點將由結構來實現及完成，特別於撰寫說明與申請專利範 圍以及附加的圖式中指出。 爲完成依照本發明目的之上述和其他優點，具體化 :¾廣泛地敘述，程式化非揮發記憶體的系統包括：複數個 記憶體記憶胞，每一記憶體記憶胞具有一控制閘極、-汲 極、一源極及一電荷儲存裝置之一場效電晶體；一施用與 臨限位準相關之預調電壓至每一記憶體記憶胞中至源極、 汲極及控制閘極之裝置；一監測流經每一記憶體記憶胞通 道電流之裝置：以及，一終止施用至每一記憶體記憶胞之 源極、汲極及控制閘極任一電壓之裝置，當監測電流之裝 置感測流經記憶體記憶胞通道之電流到達一參考電流時。 本發明之另一目的，提供一種程式化非揮發記億體 的系統之程式化方法，此非揮發性記憶體包括非揮發性記 憶體記憶胞，每一記憶胞有一源極、.-汲極、一控制閘極 及連接至源極之一電荷儲存裝置，依據電荷儲存裝置所儲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） I -來 If K 訂 線 (誚先閲讀背面之注意事項再蛾矜本頁) b 583 7 A7

422^pil doc/OOX B7 五、發明説明（r) 存之電荷，控制閘極的靜態電容量可控制流經源極與汲極 之間通道的電流；此程式化方法包括：施用電壓至汲極、 源極及控制閘極之步驟，這些電壓與一預調臨限電壓相關 且足以引起電荷向電荷儲存裝置移動；監測源極與汲極之 間通道內的流動電流；以及，終止至少一種施用至源極、 汲極及控制閘極的電壓，當通道內之電流被偵測到達相對 應預調臨限電壓之一參考電流時。 上述一般說明與以下詳細說明兩者作爲示範與解 釋，用以提供進· ·步說明解釋本發明宣稱。 圖式之簡單說明 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作 詳細說明如下： 第U圖是一電路方塊圖，依照第一示範習知技藝方 法之一種非揮發性記憶體記億胞； ^ 第lb圖是一曲線圖，用以解釋第U圖非揮發性記憶 體的程式化原則； 第2a圖解釋一曲線圖，顯示當程式化/抹除的次數增 加時，依照-第二示範的習知技藝程式化及抹除重複之方 法，程式化/抹除窗會漸漸變小； 第2b圖繪示一曲線圖，顯示第二示範習知技藝方法 中臨限電壓分布； 第3圖繪〒<依照本發明第一較佳實施例之一種自動 確認及程式化非揮發性記憶體之系統； 8 I— II I線 t誚先Μ讀背面之注意事項再填寫本 本紙張尺度迸州中闯國家標皁< CNS ) Λ4规格（210X297公嫠） 7 3 8 5 5 五 —s Α7 Β7 、發明説明（6) 第4a〜4g繪示第3圖中任一節點的波形； 第5圖繪示一流程圖，顯示依照本發明第一較佳實 施例之一種單一位準的程式化過程； 第6圖舉例說明具有電荷儲存裝置之記憶體記憶胞 的電容性等效電路； 第7a圖繪示一曲線圖，顯示當本發明之一第二實施 例程式化方法應用至具有電荷儲存裝置之記憶體記憶胞 時，其臨限電壓的分布： 第7b圖繪示一曲線圖，顯示當本發明第一實施例程 式化方法被用於具有電荷儲存裝置之記憶體記憶胞時，臨 限電壓分布相較於程式化/抹除的次數； 第8圖繪示一方塊電路圖，表示依照本發明第二實 施例之一種自動確認及程式化非揮發性記億體之系統，其 同時使用變動電壓及電流偵測： 1 第9a〜9h圖繪示第8圖中任一節點的波形，顯示使 用變動控制閘極電壓之多階程式化過程； 第10圖繪示一流程圖，顯示第8圖使用變動控制閘 極電壓之多階程式化過程； 第11a圖繪示一曲線圖，顯示被程式化之臨限電壓位 準相較於與臨限電壓相關之作用控制閘極電壓； 第lib圖繪示一曲線圖，顯示每一位準程式化從開 始至結束汲極電流的變化； 第12a圖繪示一曲線圖，顯示被程式化之臨限電壓位 準相較於與臨限電壓相關之作用汲極電壓； 9 (誚先閱讀背面之注意事項再功寫本頁} 丁 本紙張尺度適用中國國家標牟{ CNS ) Α4規格（210X297公釐） ο Η Μ 部 中 Jk κ Mj .1 i/i 合 a 卬 A7 B7 d 83

422l)pM.Joc/(HlX 五、發明説明（1 ) 第1 2b圖繪示·曲線圖，顯示被程式化之臨限電壓 位準相較於與臨限電壓相關之作用源極電壓； 第12c圖繪示一曲線圖，顯示被程式化之臨限電壓位 準相較於與臨限電壓相關之作用參考電流； 第13a圖繪示一曲線圖，顯示當本發明方法應用於抹 除操作時程式化及抹除臨限電壓分布；以及 第13b圖繪示一曲線圖，顯示當本發明方法應用於 抹除操作時依照多次程式化/抹除之臨限電壓的變化。 圖式之標記說明： · 11, 21 :第一電壓源 12, 22 :第二電壓源 13, 23 :電流監測單元 14, 24 :位元線選擇單元 15, 25 :第三電壓源 較佳實施例 本發明較佳實施例將詳細說明，其配合圖式舉例說 明之。首先，說明依照本發明一第一較佳實施例之程式化 非揮發性記憶體之系統及方法。第3圖繪示依照本發明第 一較佳實施例之一種非揮發性記憶體之自動確認及程式化 系統的電路方塊圖。 參照第3圖，依照本發明第--較佳實施例之非揮發 性記憶體的程式化系統包括：複數個記憶體記憶胞，每一 記憶胞具有-控制閘極、一汲極、一源極及一電荷儲存裝 置之一場效謂：晶體；一第一電壓源Π，適用於控制閘極； 本紙银尺度適川中國囤家標準（CNS M4规格（210X297公釐） ----^------^------II------^ (讀先閱讀背面之注意事^4域巧本VS：) ο 6 8 3 Τ Α? Β7 五、發明説明（3 ) 一第三電壓源，適用於源極；一第二電壓源，適用於汲極； 一電流監測單元13，用以監測汲極與源極之間的電流流 動；以及，-位几線選擇單元，用以選擇一特定記憶胞的 汲極來程式化。第3圖中每一非揮發性記億體記憶胞具有 提供源極與汲極之間電流流動的--通道，並且位於通道與 控制閘極之間的·矩形長條（rectangle bar)爲電荷儲存裝 置。此電荷儲存裝置與源極、汲極及控制閘極具有靜態電 容量關係，其屮電荷位準係由作用於源極、汲極及控制閘 極上的電壓所控制。再者，通道導電性及臨限電壓位準是 與電荷儲存裝置中的電荷位準有關。此電荷儲存裝置可以 是一浮置閘極、一氧及氮的介面、或一電容器，其被置放 於電荷儲存裝置可以與汲極、源極及控制閘極之間具有靜 態關係的位置。此外，在一狀況下，當用以監測電荷變化 之裝置爲通道導電性時，電荷儲存裝置會存在於至少通道 的一部份。假如用以監測儲存於電荷儲存裝置內的電荷位 準變動的裝置，被直接或間接連接至電荷儲存裝置，用以 監測電荷儲存裝置的電壓，則此電荷儲存裝置可以不必存 在於通道的一部份。當第3圖非揮發性記億體記憶胞的電 荷儲存裝置爲-浮置閘極時，電荷儲存裝置具有如第la 圖所示之符號。施用至第一、第二及第三電壓源Π, .12, 15 的Ps表示外部供給的一程式化起始信號，並且Vstop爲 一程式化終止Μ號。 以第3圖所示之非揮發性記憶體之程式化系統來開 始程式化之前，假設所有非揮發性記憶體記億胞內的電荷 ϋ I _ I II _ —1 ::1 _ -__\^__I _ : .令 铃 ("先閱讀背面之注意事項再填巧本) 本紙张尺度通州中國國家標率（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 3 83 7 A7 I doc ⑴(Μ B7 五、發明説明（3 ) 儲存裝置已經被紫外線或電力裝置所抹除。在此狀況下， 一般每一非揮發性記憶體記憶胞的抹除狀態並不相同，其 需依據記憶胞的製造程序狀況、抹除時的電力強度、及記 憶胞重複程式化與抹除所引起的記憶胞電性與物性變化而 定。爲了方便說明，假設每一記憶胞的場效電晶體具有P 型基底及η型通道，每記憶胞內的電荷儲存裝置位於控 制閘極與通道之間，並且穿越通道的電流需視電荷儲存裝 置內的電荷數量而定《再者，位元線選擇單元14連接要 被程式化的一特定記憶胞之汲極至電流監測單元Π。替代 位元線選擇單元14, 一字元線選擇單元提供選擇一控制閘 極來選擇一特定記億體記憶胞。 這裡將說明一種程式化非揮發性記憶體之方法，其 使用程式化非揮發性記憶體之系統。第4a〜4g圖繪示第3 圖中每一節點的波形，並且第5圖繪示一流程圖，顯示依 照本發明第一較佳實施例之一種單一位準的程式化程序。 參照第3、4a〜4g與5圖，對應一特定記憶胞的位址 之一信號被作用於位元線選擇單元14,用以選定此特定記 憶胞來程式化。然後，如第4a圖所示，一程式化起始信 號Ps被施用至第一、第二及電三電壓源11，12, 15。如第 4b與4c圖所示之Vc、Vd及Vs電壓分別被施用於第一、 第二及電三電壓源]〗，12, 15,以致於連接至被選定的特 定記憶胞之控制閘極、汲極與源極的第一、第二及第三電 壓源11, ]2，15可以符合欲程式化的臨限位準，以回應程 式化起始信號Ps。依據Vc ' Vd及Vs電壓之運用，被選 I _ ----— 11 _ _ . . I - - __\, I ------n I . ... —lei (¾先閱讀背面之注意事項再填涔本頁) 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X 297公釐） 5 4 583 7 A7 4224pir.d〇c/(MI8 B / 五、發明説明（丨) 定的記億胞開始程式化，並且一反轉區域形成於被選定的 記憶胞之汲極與源極之間，其間有電流開始流動。一記憶 胞的程式化包含電荷的移動從/到電荷儲存裝置而改變在 電荷儲存裝置之-儲存電荷總量。在這樣的解釋之下’假 設一程式化爲電子（負電荷）的移動，朝向電荷儲存裝置’ 藉由通道熱載子射入或穿遂。第4d圖中的Vcsm⑴表示在 電荷儲存裝置中隨著時間改變的電壓變化，而VcSm(t)，RH1， 表示電荷儲存裝置的電壓，此時一程式化終止信號已經產 生。如第4d圖所示，當一電子射入被選擇記憶胞的電荷 儲存裝置時，被選擇記憶胞的電荷儲存裝置的電壓iVcsni T降，導致流經通道電流的減少。而且，電流監測單元Η 保持監測流經被選擇記憶胞的電流IuU)，直到電流ID⑴到 達一參考電流ΙΚΜ_.，當電流監測單元13發出一程式化終止 訊號Vstop，而終止施用至被選擇記憶胞的汲極、源極和 控制閘的電壓中至少有一個。之後，對每一記憶胞重複同 樣的操作。如第4g圖所示，可以知道的是所有初始時具 有不同臨限電壓的記憶胞經由上述操作後開始變成具有相 同的程式化臨限電壓。因此，由於電性和物性的因素，在 抹除的狀態下，將本發明程式化的方法應用在範圍分布廣 的臨限電壓的記憶胞上，在具有不同的啓始臨限電壓位準 下，記憶胞可以具有同樣的臨限電壓位準。 在程式化進行前後，分別施加在汲極、源極與控制 閘極的電壓Vd，Vs與Vc與臨限電壓的關係，參照第6圖 來說明之。第6圖係說明具有電荷儲存裝置之記憶胞的一 本紙張尺度適用中國围家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） .—Tki衣 訂 線 (討先閱讀背面之iiliw'項月峨玲本頁〕 A7 B7 45583 7 I doc/οοχ 五、發明説明（丨（） 電容等效電路。 請參照第6圖，Cc表示在一控制閘極閘與電荷儲存 裝置之一電容，Cl;表示在汲極與電荷儲存裝置之間之一電 容’以及Cs表示在源極（包括基底）與電荷儲存裝置之間之 一電容。電容値總和可以下式表示。 . CT - Cc + C[} + Cs -----------------------------------(1) 每--電容値之電鍋係數（coupling coefficient)如下列 弟（2)式定義。 ac = Cc/CT, aD = CD + CT, as = Cs/CT ...............(2) 以及’一般而言，一程式化的電荷儲存裝置之一電 壓如第（3)式所示

Vcsm⑴=acVc + a[)VD + asVs + Qcsm(t)/C.r ......(3) 其中’ Qcsm表示在時間’t’內，電荷儲存裝置電中性狀態 下一紫外光過度抹除的電荷量，以及從控制閘極所測得的 一儲存電荷而引起的電中性狀態下，電荷儲存裝置之臨限 電壓定義爲一臨限電壓變動^^,1^，&乂.|.，^=-(^3〇1(1)/(：(；。 第（3)式以ΛνΊ.,ι:ν的形式重寫，如下列第（4)式所示。 AVT,uv(t) = Vc + [aDVD + asVs - Vcsm(t)]/ac------(4) △VT，llv(t)在第（4)式中表示在時間t，從控制閘極所測 得的臨限電壓的變動。臨限電壓的變動爲因電荷儲存裝置 累積電荷而從控制閘極量得之一臨限電壓臨限電壓的變 動正比於一固定偏壓下儲存在電荷儲存裝置的電子數。 而Vcsm(tr(iM)爲電荷儲存裝置在時間tPCM的電壓， 其中程式化終止，而定義爲V_R1;I.，從控制閘極監測得因 E4 张尺度ϊΐ用中國國家標準（CNS ) A4規格（2]〇X297公楚" (誚先閱讀背面之注意事項再功in本頁} -* 5 4 ^¾部中次ίτ5Ϋ^Β 1-;/;贽^=^·^卬 y 583 7 A7 W，1.二： B7__ 五、發明说明（P)

Vcsm IU:!.而引起的臨限電壓變動如下列第（5 )式表示， Δντ,(ιν = Vc + [a0VD + as Vs -ν^\[：Γ]/αο ----------(5) 而流經場效電晶體的電流L所有操作區域下包括— 飽和狀態與一三極真空菅(tri〇de)狀態以第（6)式表示， 11) ~ ^csm-V^' τ) -----------------------------------(6) 第（6)式顯示在電荷儲存電壓裝置一電壓Vcsm與在 電荷儲存裝置測得的Vtsmi —差値的一函數關係。在第（6) 式中’不管函數'Γ是否爲遞增函數（具有一線性輸入7輸出 的關係）’通常，函數’f’ ’對應於Ιι)與（Vcsm-VM')爲—對 -的形式。與第（5)式類似，在第（6)式中，當我們定義電 荷儲存裝置存:程式化終止之一電壓Vcsm，、，而在 同時間的電流ID = [ R ’則程式化後電荷儲存裝置的電壓 在根據第（6)式之下，以下列第（7)式表示。

Vcsni _ \； csm ·Ρi，Τ \ kl·；! - V I' _Τ Ukl·：] ) -----------------------.....---(7) 控制閘極的臨限電壓一般可以在電荷儲存裝置電中 性狀態之一臨限電壓\^mT/ac與在儲存電荷裝置中音電荷 儲存引起的臨限電壓變動的一總和表示，如下列第（8)式所 L 示。 V丨-=Vi、_Vac + AVt，liv --------------------------------(8) 在此步驟中，在電荷儲存裝置的電中性狀態的鄰限 電壓ν_Ί.是包括一通道離子射入所引起起之一臨限電壓 變動。於是，第（8)式可以以第（7)式和第（5)式得到以控制 閘極所量測的臨限電壓之第（9)式，如下所示。 V「= Vc + [αυν丨）+ asVs -f'(IRt丨.）]/ac -----------,-(9) I I— It If. 11 ^ 1 —i ϋ .~ ("先閱讀背面之注項再頊朽本頁) 本紙张尺度適用中國國家標準（rNS M4現格（210X297公釐） A7 B7 4 5 583 7 4224pir.doc/(Hlfi 五、發明説明（p) 從第（9)式中可以知道由控制閘極中偵測的臨限電壓 與儲存電荷裝置電中性狀態的臨限電壓無關。儲存電荷裝 置之一起始臨限電壓，根據固定場效電晶體製程的製程而 變動，隨通道的摻雜濃度以及在儲存定荷裝置與通道間絕 緣體的厚度和材料等主要的因素而定。 本發明第一較佳實施例可程式化方法應用的結果說 明如下。第7a圖繪示一曲線圖，顯示當本發明之一第一 實施例程式化方法應用至具有電荷儲存裝置之記億體記憶 胞時，其臨限電壓的分布，而第7b圖繪示一曲線圖，顯 示當本發明第一實施例程式化方法被用於具有電荷儲存裝 置之記億體記憶胞時，臨限電壓分布相較於程式化/抹除 的次數。 當本發明的可程式化方法應用在一單一位準對多數 個記億胞，而記憶胞在抹除裝態下具有不同臨限電壓爲 的控制閘極，其間控制閘極、源極與汲極的 電壓維持一定，若是相同的話，所有從控制閘極偵 測的臨限電壓在程式化後皆具有相同的値，如第7a 圖所示。上述提及的原理可以應用在抹除操作下進行抹除 的具有不同臨限電壓的記憶胞，或是當程式化以及抹除操 作個別地應用在每一記億胞時的例子時。其暗示道，即使 在本發明對於具有記憶胞的一非揮發性記憶體的程式化方 法應用的例沪中，電荷儲存裝置具有異於零且不同數量之 起始電荷QINIT ’且一範圍廣之臨限電壓分布，記億胞在程 式化後會有相同的臨限電壓。因爲，即使電荷儲存裝置在 本紙依尺度適用中囤國家標準（CNS ) A4規格（21〇x2i»7公釐} 裝 訂 . 線 (誚先閱讀背面之注意事項再楨巧本頁) *';^.部中浹^.^·/.;·-^ 1,;/!瞥/-’-竹.-^作*']心 Α7 Β7 <55837 422<ίριΓ 五、發明説明（丨4 ) 抹除後具有不同起始電荷QINIT，電荷儲存在每一電荷儲存 裝置中，因此當程式化在相同的偏壓中間終止且參考電流 固定時，則控制閘極的臨限電壓在最後得以相同，如第9 圖所示。總之，當本發明的程式化方法應用在，當電荷儲 存裝置在多數的記憶胞具有一大範圍臨限電壓分布的抹除 狀態時，記憶胞不具任何的分布而具有相同的臨限電壓， 如桌7 a圖所不’即使是在單一位準程式化。而且在--記 憶胞的程式化與抹除操作中，如第7b圖所示，在程式化 後，所有臨限電壓V%.PCM位準的分布係相同的，不論是 程式化記億胞的效率，或是因重複程式化以及抹除過程所 引起的記憶胞中穿遂氧化層在物理上或是電性上的衰退。 施加在源極與汲極的電壓與臨限電壓的關係利用第（9) 式，而使其如下列第（10)式和第（11)式所示。 acVT/as = Vc + [anV|) + asVs -f1 (IRt( )]/ac -----.--(10) acVr/a:s = Vc + [asVs + asVs -^(工㈣）]/%〕-------(11) 接著，本發明程式化方法之一多階應用說明如下。 在本發明程式化方法的多階應用中，一臨限電壓位 準應該具有非常窄的寬度。也就是，如果每一臨限電壓位 準的分布爲狹窄時，一記憶胞可以被程式化，因此記憶胞 舉有較多的臨限電壓位準（多階）。本發明程式化方法的多 階應用，程式化以及自動確認，可以用兩種方式進行。第 一爲一種多階程式化，其中施加於如第3圖所示之非揮 發性記憶體之程式化系統中要被程式化之記憶胞的源極、 集極及控制閘極之電壓係不同的。第二爲一種多階程式 ----_------取------订------^ (誚先閱讀背而之注意事項再功^Γ本S ) 本紙張尺度述用肀國國家橾準{〇呢）八4規格（210><297公釐> δ 4 ίί浐部-6-lJ>;ir.5r/.J.,]il.消矜合Λίί-ΞΓΐϊ·' 583 7 422lJpir.i1〇c/lM)S A7 B7 —---------- · ' - — — 五、發明说明（丨) 化，其中施加在如第3圖所示之非揮發記憶體之程式化電 流監測單元丨3,其參考電流位準係不同的。根據控制閘極、 汲極與原集中施加的不同電壓，因此第-^個方法可以從三 個方向導出複數個臨限電壓與相對應臨限電壓而施加於 每一節點（控制閘極、汲極和源極）的複數個電壓的關係如 第（9)、（10)與（1 I)式所示。而複數個臨限電壓與複數個參 考電流的關係如第（]2)、（13)、（14)與（15)式所示。 V.丨= V。+ K 1----------------------------------------(12) V-r.j = XlxVn.j + K2 ----------------------------------(13) V, ηι = X2xVs m + Κ3 --------------------------------(14) VT „ = + K4 ------------------------------(15) 當 i、j、m 與 n 爲整數（〇，l ,2,---)表示多階（multi-level stages) ’ 以及 ΚΙ ' K2、K3 ' K4、XI、X2 以及 X3 爲常數 如下列第（16)、（17)、（18)、（19)與（20)式所示。 K1 = [aDVf) + asVs + f'(IREF)]/ac ------------------(16) K2 = Vc + [asVs + f!(IRE1：)]/aD ......................(17) K3 = Vc + [anVD + otsVs + 户（1丨。:[:)]/〇^ ...........- (18) K4 = Vc + [auVD + asVs]/ac .......................(19) XI = CD/Cc, X2 = Cs/Cc, X3 = 1/Cc ..................--(20) 如第（12)至（15)式所示，多階程式化可以4個不同的 方法導出，視汲極、源極以及控制閘極之電壓和參考電流 作爲一變數而定。前述提及之本發明之一非揮發記憶體之 -程式化系統如第8圖所示。第8圖係顯示一流程圖，根 據本發明第二較佳實施例，說明在同一時間內以電流監測 本紙張尺度適州十國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐） t .... I .¾^' 11 I、1τI~ ] , I I -¾¾. (誚先閱讀背面之注tlW-項再球巧本頁) A7 B7 4 b b 83 7 pi 1' doc.OOS； 五、發明説明（士） 且利用可變電壓應用之一種自動驗證與程式化。 請參照第8圖，根據本發明第二較佳實施例之一非 揮發記憶體程式化系統包括複數個記億胞，而每一記憶胞 具有一源極、汲極與控制閘極以及電荷儲存裝置之場效電 晶體，施加在控制閘極之一第一電壓源21，施加在源極之 -第二電壓源28，施加在汲極之一第二電壓源22，一電 流監測單元23用以監測從汲極到源及之電流流動，以及 一位元線選擇單元24，用以選擇一特殊記億胞之汲極來程 式化的控制。 說明對於控制多階程式化的方法，其從施加在汲極、 源極及控制閘極的電壓中選出一個，以及說明參考電流。 首先，利用控制閘極電壓導出一多階程式化，如第（12) 式與第（16)式所小·，第一電壓源21提供一電壓Vc,i(i=0，l，2, ，其對應於一選中的非揮發性記億胞所對應之每 一臨限電壓位準。第二電壓源22汲極上施加一固定電壓 乂^在，第三電壓源25在源極上施加一固定電壓Vs。爲了 方便說明，假設源極電壓處於接地位準（Vs=OV卜假如場 效電晶體處於飽和模式，其中場效電晶體被程式化時具有 與汲極電壓不相關的一通道電流，或汲極偶合常數爲非常 小，汲極電壓可以隨變動給定施用。未經說明的參考電流 ⑴表示在第i個臨限位準程式化中被選定記憶胞的汲極 內所流動的電流。如方程式（16)所示，電流監測單元23具 有一固定參考電流Imp，並且於第i個臨限位準程式化期 間，當流經汲極的汲極電流Ut)到達參考電流時， I _ I I n 1 ---4-^r---n Iff n T I n .^1 n I I (誚先閱讀背面之注意事項丨蛾寫本頁) 本紙張尺度4州中國國家標準（CNS ) A4規格（2)0X 297公釐） A7

42：l>pi l .docOOK 五、發明説明（（Ί ) 產生一程式化終止信號Vstop。時間tl(.,表示第i個臨限位 準程式化完成的時間。電流監測單元23的參考電流IRl.:l._ 依照本發明程式化方法所使用之非揮發性記憶體記憶胞的 電子特性而決定。假如再次定義汲極電流，汲極電 流ID.,⑴是與時間有關係的。此電流1,_>.#)爲一被選定記憶 胞的汲極內之電流，在第i個臨限位準程式化期間由電荷 儲存裝置的電壓Vcsm,i<t)所觸發，其在初始程式化時爲最 大，隨著程式化過程而漸減。並且，當漸減的電流到達電 流監測單元23的參考電流IRtT時，電流監測單元23產生 —程式化終止信號Vstop ° 以下說明上述所提及的二階或多階程式化情況。第 9a〜9h圖說明每一節點的波型，顯示第8圖中使用變動控 制閘極電壓的多階程式化程序，以及第〗〇圖說明一流程 圖，顯示第8圖中使用變動控制閘極電壓的多階程式化步 驟。 假設在開始程式化之前，由位元線選擇單元所選定 之記憶胞事處於抹除狀態。此抹除狀態爲最低位準，一位 準零。更進一步假設，場效電晶體內具有形成於P型基底 上之一 η型通道，電荷儲存裝置位於控制閘極與通道之間， 且通道電流隨著電荷儲存單元所儲存電荷而變化。 首先…對於二階或多階程式化，當第9a圖所示之程 式化起始信號Ps被提供至第一、第二及第三電壓源2丨，22, 23時，一特定記憶胞的複數個位址由外部作用至汲極選擇 單元後，選擇此特定記憶胞來程式化，用以作用至第‘ i個 20 本紙張尺度適/彳1中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I - I m 丁 -----I---If---------- Js. I1· (对先閱讀背面之：'^意事項再"'寫本頁) A7 B7 “ b 583 7

-422^pif.d(ic/i)OS 五、發明説明（G) 位準程式化所需之控制閘極的電壓Vi.i被設定好。如第9b 與9c圖所示之電壓VC i與分別從第一電壓源21與第 二電壓源22被供應至控制閘極與汲極’同時提供如_第9a 圖所示之程式化起始信號Ps。在電壓Vc.:與分別被作 用至控制閘極與汲極之後，電流監測單元23被啓動來監 測電荷儲存裝置内的電荷變動。一旦電壓與Vn分別 被作用至控制閘極與汲極，如第9d圖所示用以控制第i 個臨限位準程式化的電壓VCSm，i(t)被提供至電荷儲存裝 置，並且於場效電晶體的通道區內形成一反轉層。因爲源 極、汲極及通道區域事實上位於一半導體基底內，只要反 轉層形成，電流會開始從汲極至源極流經通道區域。’在此 例中’有—電流丨Di⑴流經汲極，其初始爲最大且會隨著 程式化進行而漸減，因爲電子會射入電荷儲存裝置內，使 得電荷儲存裝置的電壓依序下降。因此，於第i個臨限位 準程式化期間，電流監測單元23監測汲極電流。並 且’當汲極亀流Ini⑴到達如第9e圖所示之參考電流lRf:|: 時’就完成了第i個臨限位準程式化，此電流監測單元23 產生如第9f圖所示之一程式化終止信號Vstop。據此，即 使電流監測單元23適用來監測汲極電流lD i(t)，在程式化 期間電流監測單兀23亦可適用來監測如第9g及9h圖分 別所示之電荷儲存裝置內之電壓或電荷。亦即，當汲極電 流⑴到達參考電壓Ir|.:|..時，形成於通道內的反轉層之 導電性可被監測到。此監測標的物可以是任何信號，其會 隨電荷儲存裝置變化。例如，監測標的物可以是汲極電流 本紙ίί·尺㈣财_家料（CNS)从規格（21GX297公幻 I I I I — ΙΪ I ^ n ^ (誚先閱讀背面之注意事項再硪粍本頁) 朽免部中^|!-^^公 T_ ^^卬 45583 A7 B7

42 2^ριΓ ilot (i〇S 五、發明说明（θ ) 之外的源極電流或基底電流，以及電容偶合的電壓信號。 (誚先閲讀背面之注意事項再填湾本页) 在第8圖中，程式化終止信號被供應至第一及第二電壓源 21, 22，且第一及第二電壓源21，22中至少一個接收此程 式化終止信號Vstop，如第9b及9d圖所示之供應至控制 閘汲汲汲極之電壓Vt..i與VD被終止。也就是，當電流IDJ(t) 相當於或低於時的參考電流IRh:F，第i個臨限位準程 式化就完成Γ。因此，代表第i個臨限位準程式化完 成的時間。 屮 * j iii $: /. ii 卬 t 第9g圖繪示一曲線圖，表示當第i個臨限位準爲第 一及第二位準時，臨限電壓V%」與V%..2的變化，其中爲 大家所熟知臨限電壓會隨著程式化的時間耗損而增加。再 者，亦爲大家所熟知，當多階程式化的位準程度增加時， 臨限電壓V%」也會增加，其中Vc,i增加來執行程式化。 用來第一及第二位準程式化之時間週期是不同的，因爲控 制閘極電壓與每一位準的臨限電壓的變動是不同的。第9h 圖繪示一曲線圖，顯示電荷儲存裝置內電荷的變化，從初 始浮動閘極電荷Qcsm,n(〇)至Qcsm，|(t|> |}，於此當第i個臨 _ 限位準爲第·及第二臨限位準時，臨限電壓位準程式化分 別被完成。從第9h圖，大家熟知的，當電荷儲存裝置的 兩個電壓VcsmM(t) Vcsm,2(t)到達參考電壓.時，電 荷儲存裝置內的電荷相對應參考電流IKKF而增加，分別從 初始値Qcsm，()(0)至Qcsmjt,」）及QCSm,2(tr2)。假如初始 臨限電壓相问，因爲對所有程式化位準來說V^相當， 且當成_高位準時Vc也上升，汲極電流丨[) i(0)的 22 本纸张尺度邊州中國國家榡準（CNS ) Λ4規格（210X297公着） A7 B7 45 583 doc/008 五 '發明説明（产） 初始値有隨其上升。此過程繪示於第11 a及11 b圖。第11 a 繪示一曲線圖，表示被程式化之臨限電壓位準相較於與臨 限電壓相關之作用控制閘極電壓’及第11b圖繪示一曲線 圖，顯示每一位準程式化從開始至結束汲極電流的變化。 每一位準的程式化終止時間需視記憶體記憶胞的電子特性 及施用至每一節點的電壓而定。亦即'使用本發明程式化 非揮發性記憶體的系統之程式化方法與元件的編碼效率無 關。 接著，用以控制最低程式化位準的控制閘極電壓Vc，„ 與參考電流11< I I如下而被決定。當一給定記憶胞所需的最 低臨限位準V%。、固定汲極電壓VD及固定源極電壓Vs 被決定，會有兩個變數vt.(,及，參考電流的函數存 在於方程式（10)與（14)中。因爲汲極電壓Vl5及源極電壓Vs 爲固定，V%.,,與Ικκι:以方程式(6)與⑺的方式一對一對應。 然後，給定的記憶體記憶胞以v%.„、及Vs施用 至記憶體記億胞來調整，初始汲極電流被量得。此 iD.〇(〇)爲絕對的。vt.(1係考慮程式化時間週期及最大控 制閘極電壓，來決定的。一旦Vt (>決定:f，I 可藉由 上述所提及的操作而得。IREF可以相異於此方法而量得。 如之前所說，對於多階程式化，其不需比較流經被選定記 憶體記億胞的通道之電流與電流監測單元23內的參考電 流，&無須/£同一時間點終止程式化。在應用至電流監測 單元23之前，此電流l|m可被放大或縮小。在此例中， 其提供的所有程式化，係終止在針對於多階程式化的所有 23 本紙張尺度適扪中固國家標準（CNS ) Λ4規格（210x297公着} ----^------裝------.11------線· (誚先閱讀背面之注意事項月填艿本頁) 朽沪部中，',;"-^^.^^消於^竹^卬欠 A7 B7 45583 7

422^pi1 JocMlOX 五、發明説明（7\ ) 位準中相同的固定二進位電流値下，臨限電壓變動與控制 閘極變動相當' 此外，對於多階程式化，施用至汲極或源極任一的 電壓係依據方程式（13)與（14)來使用的，其中汲極或源極 任一的電壓作爲過程中的變數，相似於使用控制閘極的程 式化方法。以汲極及源極所程式化的臨限電壓位準與相對 應臨限電壓位準所施用的參考電壓之間的關係，請參照圖 示說明。第12a圖繪示一曲線圖，顯示被程式化之臨限電 壓位準相較於與臨限電壓相關之作用汲極電壓， 第 12b圖繪示…曲線圖，顯示被程式化之臨限電壓位準相較 於與臨限電壓相關之作用源極電壓，以及第12c圖繪示一 曲線圖，顯示被程式化之臨限電壓位準相較於與臨限電壓 相關之作用參考電流。 參照第12a圖，在此多階程式化中1係以汲極電壓作 爲變數，汲極電壓變動對臨限電壓變動的變動斜率可以表 示爲控制閘極偶合參數aD與汲極偶合參數ocd的比例 (aD/a(.)。假如此二參數相同，則斜率爲1。 接下來，再給定一範例的說明之前，當執行多階程 式化係採用源極電壓作爲變數，假設讀取臨限電壓時做爲 一參考電壓的源極電壓爲〇。使用源極電壓來執行程式化， 有需要注意的：如第12b跚所示，臨限電壓的變動斜率與 場效電晶體源極電壓的背偏壓效應有關，以及與源極偶合 參數（aD/ac)有關：假使程式化終止於相同的參考電流，臨 限電壓變動發生，並且以變動量來看源極電壓不施加的狀 24 ---------.裝------II------^ ("先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) % -T f.- 合 竹 Μ <V f. 本紙张尺度迸用中囷國家標率（CNS > A4規格（210X297公釐） 4 5 583 7 422〇pii •0(3 Η Α7 Β7 五、發明説明（y ) 況小於源極電壓有施加的情況。當以施用電壓至汲極來進 行程式化時，因爲程式化在相同的參考電流下終止導致幾 乎相同效應，相似於當程式化係以源極電壓接地且參考電 流被提高的例子。在此例中，源極電壓與臨限電壓的變動 並非線性，其爲負相關。 參照第12c圖，在此多階程式化係採用參考電流作爲 變數，參考電流的變動與臨限電壓的變動是成比例的。因 此，在此例中，複數個臨限電壓，其臨限電壓常數之差爲 固定，並且相對應臨限電壓之電流値可以由實驗或利用電 路方法而獲得。因爲所有的臨限電壓及臨限電壓間的差可 爲固定，而當前述之方法應用時，其與複數個記憶體記憶 胞的程式化與抹除之循環次數無關，相較於背景技藝重複 程式化脈衝與使用參考電流之確認，前述所提之方法較適 用於多階程式化。 因爲本發明的主要內容無關於程式化機制，大家熟 知的，本發明的主要內容對任何程式化機制皆可應用。假 如使用熱載子入射，則源極電壓爲接地，足以引起熱載子 入射而程式化的正電壓被施用作爲汲極電壓與控制閘極電 壓。在此例中，汲極與源極之間的電流作爲受監測的程式 化電流，當其到達I R |£ i...時，程式化被終止。假如使用穿遂， 則控制閘極被施用-正電壓，且汲極與源極被施用等於或 小於ον的電壓，以至於在電荷儲存裝置與汲極及源極之 間有足以引起穿遂之一電場，並且形成通道區域。在此例 中，高於源極電壓的汲極電壓被施用，導致汲極與源極之 2 5 1 1 I— I I 訂—! I i I . -線 (誚先閱讀背面之注意事項再读巧本頁) 本紙張尺度述用中國國家標率（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） A7 B7 4 5 583 7 4220pir.d〇c/{)08 五 '發明説明（/ ) 間流有電流，其被監測於達到就終止程式化。再者， 當負電壓被施用至汲極或源極時，基底需要被施用相當於 或小於施用至汲極及源極的電壓，因爲汲極和源極爲η型 雜質區域而基底爲Ρ型雜質區域。至此，一種單階及多階 程式化方法都已說明了。 本發明程式化方法之抹除狀態與程式化狀態說明如 下。 在抹除操作中，施加在源極、汲極與通道區每一端 點的電壓，於電荷儲存裝置與源極、汲極及通道區域之間 建立足夠的電場來抹除電荷儲存裝置內之儲存電荷，·藉由 穿遂抹除而流向源極、汲極和通道區的電荷。本發明可以 具有2種抹除狀態。第-抹除狀態具有較大得抹除機率密 度分布，如第Ha圖所示。當低於第二抹除狀態之臨限電 壓的一抹除脈衝被施用而從記憶胞的電荷儲存裝置內移除 充足的電荷時，第一抹除狀態出現，而當記憶胞退化時， 其會變成較寬"第一抹除狀態具有最小値或無抹除狀態， 如第13a圖所不，當具有固定抹除分布的記憶體記憶胞之 . 所有臨限電壓成爲與最低的臨限電壓相等時，.第二 抹除狀態出現。 再者，爲了產生此被程式化狀態，一種自動確認與 程式化被使闲，而且在被程式化狀態中，變動至汲極或控 制閘極的電壓，或與臨限電壓一致的參考電流。如第2a 圖所示，在以程式化及確認的背景技藝之程式化方法中， 由於隨著程式化/抹除的次數增加程式化效率會下降，程 26 •本纸裱尺度速州中固阖家標举（CNS ) A4規格（210X297公釐> ("先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) .裝. 訂 yf- 部 t JA il R) ji 消 f- 合 ii 卬 r A7 B7 五 '發明説明（w) 式化/抹除窗會縮小；如第13b圖所示，在本發明的程式 化方法中，程式化/抹除窗維持不變，即使程式化/抹除的 次數增加仍不會影響程式化效率，其讀取容許度維持相 同，藉此延長記憶胞的壽命。 本發明之非揮發性記憶體程式化的系統和方法具有 以下所述之優點。 _ 第一，當本發明之單階程式化方法應用在複數個記 憶胞上時，所有的記憶胞變成具有相同的臨限電壓，不管 初始臨限電壓的分布爲何。也就是，本發明的程式化方法 可以消除臨限電壓分布，其乃起因於製程上的變化所導致 的閘極絕緣層厚度與通道摻雜濃度。 第二，當程式化與抹除分別應用在單一記憶胞時， 被程式化的記億胞通常具有相同的被程式化臨限電壓，不 論記憶胞程式化/抹除的次數爲何，可延長記憶胞的壽命。 第三，.一種多階程式化於每一臨限位準的程式化中， 變動施加在控制閘極、汲極或源極的電壓或參考電流。 第四，由於每一臨限電壓位準與控制閘極或汲極電 壓對應於臨限電壓位準爲線性相關的，以及臨限電壓和控 制閘極的變動相同，因此可以精確地控制每一位準的臨限 電壓的變動。 第五，無須程式化的確認所使用之分離電路，非揮 發性記憶體本身同時執行程式化與讀取，可允許更快速的 程式化。 第六，在儲存電荷的抹除之前的程式化爲不必要的。 27 本紙乐尺度適用中國圉家標準（C’NS > Α4規格（210X297公嫠） ---------裝------訂------線 (誚先閱讀背面之注意事項爿蛾寫本S ) A7 -^83 7

4224pir,doc/{) OS _B7____ 五、發明説明（>v) 第七，不管決定固定在非揮發性記億體製造的電荷 儲存裝置之臨限電壓的參數，偏壓電壓完全且精確地決定 多階程式化的準確度，也就是被程式化電壓之誤差分布。 因此，本發明非揮發記憶體每一位準之臨限電壓誤差分布 與程式化/抹除的次數無關。而即使在程式化期間，電荷 陷入一氧化物層中，通道移動率，以及位元線電阻均無法 引起任何的不穩定操作或無法預測的影響操作之電子因 素。 第八，因過度抹除與過度程式化使記億胞障礙的排 除，可增進-晶片的可靠度。 第九，利用電壓施加在記憶胞的控制閘極、汲極或 源極之多階程式化使與習知技藝以電流進行多階程式化相 比，具有較佳的臨限電壓位準間隔之精確控制。 第十，與習知以一參考電流之電流控制形式相比， 本發明進行一多階程式化較習知重複地進行程式化與確認 爲精準。 第十一，若是多階程式化以控制閘極係一點一點增 加而進行，則低電壓與低電流操作爲可能的。 第十二、本發明之程式化方法係適用在具有一浮置 閘之非揮發性記億體，在氧化物與氮化物之界面具有一陷 入之一 MONOS形式之非揮發性記憶體，其中氧化物與氮 化物作爲電荷儲存裝置，或是具有一類比記憶系統或一電 容器之一非揮發性記憶體。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 28 ---------f------IT------線， (誚先閲讀背面之注意事項再蛾朽本頁) -4:J"'5i中^ 本紙張尺度述扣十國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 5 5 83 7 A7 4224ρι I 一 B7五、發明説明（4 )以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (誚先Μ讀背面之注項再填ί35本Kj -裝· 本紙张尺度中®國家標準（CNS )八4规格（2IOX297公釐）

Claims (1)

1. ^83 7 -I2 2linil' dL^'DO^! 8 S 8 8 ABCD 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種程式化非揮發記憶體的系統，包括： 複數個記憶體記憶胞，每一該記憶體記憶胞具有一 控制閘極、-汲極、·源極及-電荷儲存裝置之一場效電 晶體； 一施用與臨限位準相關之預調電壓至每一該記憶體 記憶胞中至該源極、該汲極及該控制閘極之裝置； 一監測流經每一該記憶體記憶胞通道電流之裝置； 以及 一於該監測電流之裝置感測流經該記億體記憶胞通 道之電流到達參考電流時終止施用至每一該記憶體記憶 胞之該源極、該汲極及該控制閘極任一電壓之裝置。 2. —種程式化非揮發記憶體的系統，包括： 複數個記憶體記憶胞，每一該記憶體記憶胞具有一 控制閘極、--汲極、·源極及一電荷儲存裝置之一場效電 晶體； 一施用複數個與複數個臨限位準相關之臨限電壓中 至少一個至每一該記憶體記憶胞中之該源極、該汲極及該 控制閘極之裝置； 一監測流經每一該記憶體記憶胞通道電流之裝置； 以及 -----於該監測電流之裝置感測流經該記憶體記憶胞通 道之電流到達複數個與該些臨限位準相關之參考電流中至 少一個時終i.k該些施用至每一該記億體記憶胞之該源極、 該汲極及該控制閘極之電壓中至少一個的裝置，。 3 0 本紙張尺度適用中國國家#準（CNS > A4現格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 583 7 AS B8 pi I do, DOS C8 D8 六、申請專利範圍 3. —種程式化非揮發記憶體的系統，包括： 複數個記億體記憶胞，每一該記億體記憶胞具有一 控制閘極、·汲極、…源極及一電荷儲存裝置之一場效電 晶體； ’ -一施用與·特定位準相關之電壓至該些記憶體記憶 胞中至少選定·個之該源極、該汲極及該控制閘極之裝 置； 一於該施用電壓之裝置施用電壓時監測流經每一該 記憶體記憶胞通道電流之裝置；以及 一於流經通道之電流到達複數個與該些特定臨限位 準相關之參考電流中至少一個時終止施用至該些記憶體記 憶胞中至少選定一個之至少一個電壓的裝置。 ’ 4. 一種程式化非揮發記憶體的系統，包括： 複數個記憶體記憶胞，每一該記憶體記憶胞具有一 控制閘極、一汲極、一源極及一電荷儲存裝置之…場效電 曰興 . 日日， 一施用與複數個臨限位準相關之複數個電壓中至少 •個至該些記憶體記憶胞中至少選定一個之該源極、該汲 極及該控制閘極之裝置； --於該施用電壓之裝置施用電壓時監測流經該些記 憶體記憶胞中至少選定一個的通道電流之裝置；以及 -於流經毎·該記憶胞内通道之電流到達複數個與 該些特定臨限位準相關之參考電流中至少一個時終止施用 至每·該記憶體記憶胞之電壓的裝置。 ----------β------'1Τ------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210 X 297公釐） 4 5 583 7 >|>il ilocMlOS A8 BS C8 D8 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 5·…稀非揮發記憶體的程式化系統，用以改變一記 愴體狀態成爲一預調之特定狀態，包括： 至少—·記憶體記憶胞，每一該記憶體記億胞具有一 源極、-汲極、一控制閘極及用以儲存與一特定記憶體相 關之一特定甫疴位準的一電荷儲存裝置，以該特定電荷位 準rffig·該電苘儲存裝置與該源極、該汲極及該控制閘極具 有靜態電容關係； . --施用·！壓至該汲極、該源極及該控制閘極之裝 置’於至少-個該記憶體記憶胞中被選定的記憶胞內之該 汲極與該汲極之間通道引發一電流流動，適當地移動電荷 至每一個被選定的記億胞內之該儲存裝置，且與一特定記 憶狀態相關： -·於電荷移動至該每一個被選定的記憶胞的該電荷 儲存裝置期間監測流經每一該記憶胞的通道電流之裝置； 以及 . -·於該監測電流裝置發現流經每—個被選定的記憶 胞內通道之電流到達一參考電流時終止電荷移動至該電荷 儲存裝置之裝置= 6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該電荷 儲存裝置包括至少一個浮置閘極。 7. 如中請專利範圍第5項所述之系統’其中該電荷 儲存裝置包估.....氧餍與一氮層之一介面。 8. 如申請银利範圍第5項所述之系統，其中該記憶 體記憶胞包括該Ιΐϊ荷儲存裝置至少位於該源極與該汲極之 32 本紙张尺度速用中國國家標牟（CNS ) A4规格（2丨0 X 297公羞） ---------1------il------乘 (請先閲讀背面之注$項再填寫本Ϊ) 4 5 583 7 -42 2l>pi I doc/(1(18 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ~、申請專利範圍 間的迪道-一部分卜.力π 9.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該記憶 體記億胞包姑該控制間極存於該電荷儲存裝置之上、一側 或之下。 1 〇.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該監彻j 電流之裝置办監測該電荷儲存裝置之電壓 11.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該監測 電流之裝置監測儲存於該電荷儲存裝置內的至少一個電荷 位準。 1 2.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該監測 電流裝置監測由該電荷儲存裝置所引起而位於該源極與該 汲極間之通道內一電荷反轉層的導電特性。 Π.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該監測 電流裝置包括一將該參考電流與該源極及該汲極之間的流 動電流作比較之電路。 Μ.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該監測 電流裝置連接至該些電壓源中至少一個，且連接至該汲極 用以改變該記憶體記憶胞的狀態。 . 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該監測 電流裝置連接至該些電壓源中至少一個，且連接至該源極 用以改變該記憶體記憶胞的狀態。 16.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中施用電 壓至該汲極及該源極之裝置施用一高電壓至該汲極及施用 一低電壓置該源極，用以改變該記憶體記憶胞的狀態。 33 ---------士衣------------^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 7 -·' ： ΓΛ … 7 -·' ： ΓΛ … 經濟部中央禕準局員工消費合作社印袈 Α8 Β8 C8 ____ D8 ___ 六、申請專利範圍 17.如巾請導利範圍第5項所述之系統，其中在作用 之前，施用令該控制閘極的電壓被更換。 如中請_利範圍第5項所述之系統’其中在作用 之前’施用至該汲極的電壓被更換。 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中儲存於 該電荷儲存裝蹲内之電荷包括負電荷。 20. 如申請專利範圍第5項所述之系統’其中電荷至 該電荷儲存裝髖的移動方式包括負電荷射入該電荷儲存裝 置。 21. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該參考 電流具有至少一個固定電流値，相當於儲存於該電荷儲存 裝置內之電荷中至少一個。 21如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該參考 電流包括一 1¾¾限電流値。 23. 如屮請專利範圍第5項所述之系統，其中終止電 荷移動至該電荷儲存裝置之裝置，終止施用至該源極、該 汲極與該控制閘極之電壓中至少一個。 24. —種非揮發記憶體的程式化系統，包括： 至少…個電性可程式化記憶體記憶胞，每一該記憶 體記憶胞具有一源極、·汲極、一控制閘極及用以儲存與 複數個記憶體記憶胞狀態相關之複數個電荷位準的一電荷 儲存裝置，，核些電荷位準控制存在於該源極與該汲極之間 通道的-電流流動，該電荷儲存裝置與該源極、該汲極及 該控制閘極A.冇靜態電容關係： 34 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210X297公釐） ----^------裘------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 BB C8 D8 45 583 4 iloc iiON 六'申請專利範圍 •分別施用電壓至至少一個該記憶體記憶胞的任一 被選定記憶胞內之該汲極、該源極及該控制閘極之裝置， 該些電壓足以弓丨起一電荷向至少一個該記億體記憶胞中被 選定的記憶胞內之該電荷儲存裝置移動，並且該些電壓與 複數個臨限電壓線性相關； -於電荷移動至該每一個被選定的記憶胞的該電荷 信舂存裝置期間監測一電流之裝置；以及 -於該監測電流裝置發現流經每一個被選定的記憶 胞內通道之電流到達…參考電流時終止電荷移動至該電荷 儲存裝置之裝置， 藉此’改變該些記憶體記憶胞的狀態成爲複數個相 對應複數個臨限電壓之電荷狀態。 25. —種程式化非揮發記憶體的系統，包括： 一記憶體記憶胞，具有一控制閘極、.-汲極、--源 極及一電荷儲存裝置’該電荷儲存裝置以靜態電容相關連 接至該源極、該汲極及該控制閘極； +--施用電壓至0亥汲極、該源極及該控制閘極之裝置， 該些電壓足以引起一電流於該汲極與該源極間之.一通道內 流動及-電荷移動向該電荷儲存裝置；以及 一當與施用至該控制閘極的電壓及一參考電流相關 而儲存於該電荷儲存裝置內之電荷總量被監測到時終止電 荷移動至該電荷儲存裝置之裝置，同時該些電壓作用至該 汲極、該源極及該控制閘極。 2 6 ·如中請專利範圍第2 5項所述之系統，其屮該記 35 本紙張尺度速用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本页) Jr . 經濟部十央標準局貝工消費合作社印製 經濟部中央揉準局®c工消費合作社印製 4 5 583 7 B$ 4 22i； pi fcioc/OOS C8 ______D8 六、申請專利範圍 憶體記億胞內之該電荷儲存裝置爲揮發性。 27. —種程式化非揮發記憶體的系統，包括： 一記憶體陣列，複數個記憶體記憶胞，每一該記憶 咆具有一控制閘極、一汲極、一源極及.一電荷儲存裝置， 該電尙儲存裝IS以靜態電容相關連接至該源極、該汲極及 該控制閘極： 一監測該記憶體記憶胞內該電荷儲存裝置所儲存的 電荷總量之裝置，當與該些臨限電壓線性相關之電壓施用 至該記憶體陣列內該些記憶體記憶胞的該些汲極、該些源 極及該些控制閘極時，該電荷總量改變成爲相對應複數個 臨限m壓的複數個電荷狀態之-·來終止向該電荷儲存裝置 移動之電荷， 藉此，程式化成爲具有複數個記憶體記憶胞d 2 8 · —種程式化非揮發記億體系統使用之程式化方 法，該非揮發性記慷體包括非揮發性記憶體記億胞，每一 記憶胞具有一汲極、一源極、一控制閘極及一電荷儲存裝 置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接至該源極、該汲 極及該控制閘極，用以依據該電荷儲存裝置內所儲存的電 荷來控制該源榈與該汲極間通道內所流動的電流，該程式 化方法__κ列步驟： - 施用電壓至該汲極、該源極及該控制閘極，該些電 壓與·臨限位準相關1:1.足以引起一電荷向該電荷儲存裝置 移動； 監測該源極及該汲極間通道內所流動的電流；以& 36 本紙张尺度適用中國S家榇準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ---------Η------'W------Φ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 45583 7 422^1)1 I JoeOOS A8 B8 C8 D8 經濟部中央標率局員工消費合作社印策 七、申請專利範圍 當監測通道流動之電流到達相對應…湏調臨限電壓 之--·參考電流時，終ih施用至該源極、該汲極及該控制閘 極的電壓中至少一個1 29. —種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該非揮發性記憶體包括複數個非揮發性記憶體記憶 胞，每一記憶胞具有一源極、一汲極、一控制閘極及一電 荷儲存裝置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接至該源 極、該汲極及該控制閘極，依據該電荷儲存裝置內所儲存 的電荷來控制該源極與該汲極間通道內所流動的電流，該 程式化方法_F列步驟： 施用電壓至該些非揮發性記億體記憶胞中被選定之 至少一個之該汲極、該源極及該控制閘極，該些電壓與一 預調臨限電壓相關；以及 當監測該些非揮發性記憶體記憶胞中被選定之至少 —個的該源極及該汲極間通道所流動之電流到達相對應一 預調臨限電壓之一參考電流時，終止施用至該源極、該汲 極及該控制閘極的電壓中至少一個。 30. _•種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該非揮發性記憶體包括複數個非揮發性記憶體記憶 胞，每一記憶胞具有一源極、-汲極、一控制閘極及一電 荷儲存裝置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接至該源 極、該汲極及該控制閘極，依據該電荷儲存裝置内所儲存 的電荷來控制該源極與該汲極間通道內所流動的電歸，該 程式化方法下列步驟： 37 本紙張尺度逍用中國國家標率（CNS) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) *衣 谏 4 5 583 7 ρϋ' Λι (in Η Α8 Β8 CS D8 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 施用與複數個臨限位準相關之複數個臨限電壓中至 少…個至該呜非揮發性記憶體記憶胞中被選定的至少-個 的該汲極、該源極及該控制鬧極，並且施用固定電壓至該 汲極、該源極及該控制閘極中其餘的二電極； 監測該些記憶體記億胞中被選定的至少一個的通道 內所流動的爾流；以及 當監測該些非揮發性記憶體記憶胞中被選定之至少 一個的通道所流動之電流到達一參考電流時，終止施用至 該源極、該汲極及該控制閘極的電壓中至少一個。 3 1.…種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該非揮發性記憶體包括非揮發性記憶體記憶胞，每一 記憶胞具有一源極、一汲極、一控制閘極及一電荷儲存裝 置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接至該源極、該汲 極及該控制閘極，依據該電荷儲存裝置內所儲存的電荷來 控制該源極與該汲極間通道內所流動的電流，該程式化方 法下列步驟： 分別施用電壓至該汲極、該源極及該控制閘極，該 些電壓足以弔來程式化； 監測該通道內所流動的電流；以及 當監測該通道内所流動的電流到達相對應複數個臨 限位準的複數個參考電流之一時，終止施用至該源極、該 汲極及該控制閘極的電壓中至少一個ϋ 3 2. —種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該非揮發性記憶體包括複數個非渾發性記憶體記憶 38 • -- (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -t 本紙張尺度速用中國國家榇準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 3 8 5 5 8 8 8 8 ABC D 六、申請專利範圍 胞，每__•記憶胞具有一源極、-一汲極、一控制閘極及一電 荷儲存裝置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接至該源 極、該汲極及該控制閘極，依據該電荷儲存裝置內所儲存 的電荷來控制該源極與該汲極間通道內所流動的電流，該 程式化方法卜列步驟： 分別施用電壓至至少一個被選定的非揮發性記憶體 記憶胞之該汲極、該源極及該控制閘極，該些電壓足以用 來程式化； 監測至少·個被選定的非揮發性記憶體記憶胞的通 道內所流動的電流；以及 當監測至少一個被選定的非揮發性記憶體記憶胞的 通道內所流動之電流到達相對應複數個臨限位準的複數個 參考電流中笮少--個時，終止施用至該源極、該汲極及該 控制閘極的電壓中至少一個。 ' 3 3 . ·種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 鋰濟部中央橾準局負工消費合作社印衷 (婧先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 法，該非揮發性記憶體包括複數個非渾發性記億體記億 胞，每一記憶胞具有一源極、一汲極、一控制閘極及一電 荷儲存裝置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接至該源 極、該汲極及該控制閘極，依據該電荷儲存裝置內所儲存 的電荷來控制該源極與該汲極間通道內所流動的電流，該 程式化方法下列步驟： 分別施用钔對應複數個臨限位準的複數個電臃中至 少…個节該呜非揮發性記憶體記憶胞中被選定的至少一個 之該汲極、該源極及該控制閘極；以及 3 9 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 〇 583 7 4 2 2Mpit' Joc/HOS 六、申請專利範圍 當監測該g非揮發性記憶體記憶胞中被選定的至少 一個的通道内所流動之電流到達相對應複數個臨限位準的 複數個參考電流中至少一個時，終止施用至該源極、該汲 極及該控制閘極的電壓中至少一個。 34. __ ·種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該程式化系統有選擇記憶胞的能力，並且該非揮發性 記憶體包括·記憶體陣列包括二個或二個以上的記憶體記 憶胞，每一記憶胞具有一源極、一汲極、+ -控制閘極及一 電荷儲存裝睛的一場效電晶體，該電荷儲存裝置以靜態電 容相關連接至該源極、該汲極及該控制閘極，依據儲存於 該電荷儲存裝置內的電荷總量來決定該記憶體記憶胞的臨 限電壓，該程式化方法下列步驟： 設定與複數個臨限電壓呈線性比例的電壓； 施用與複數個臨限電壓呈線性比例的該些電壓至該 些非揮發性記憶體記憶胞中被選定的至少一個的該汲極、 該源極及該控制閘極之··，並且施用足以程式化的固定電 壓至該汲極、該源極及該控制閘極中其餘的二電極；.以及 當每一被選定的記憶胞的通道內所流動之電流到達 一參考電流時，強制終止每一記憶胞的程式化，藉此程式 化該被選定的記憶胞。 35. •種程式化#揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該程式化系統有選擇記憶胞的能力，並且該非揮發性 記憶體包括-記憶體陣列包括複數個記憶體記憶胞，每-記憶胞具有·源極、-汲極及一控制閘極的_-場效電晶體 nflv I 1«. n (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 、1T 嗥， 經濟部_央棣率局貝工消費合作社印製 4 5 583 7 A8 B8

   六、申請專利範圍 娌濟部中央橾隼局貝工消費合作杜印裝 及一電荷儲存裝置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接 至該源極、該汲極及該控制閘極，該程式化方法下列步驟： 設定與複數個臨限電壓呈線性比例的電壓： 施用與複數個臨限電壓呈線性比例的該些電壓中至 少一個至該些記憶體記憶胞中被選定的至少一個；以及 當監測得被選定的記憶胞內之該電荷儲存裝置到達 與相對應施Ώ至該控制閘極的電壓之一臨限電壓相關的一 電荷位準時 '強制終止每一記憶胞的程式化，藉此程式化 該被選定的記憶咆。 3 6. —種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該程式化系統有選擇記憶胞的能力，並且該非揮發性 記憶體包括·記憶體陣列包括複數個記憶體記憶胞，.每一 記憶胞具有·源極、•汲極及一控制閘極的一場效電晶體 及一電荷儲存裝置，該電荷儲存裝置以靜態電容相關連接 至該源極、該汲極及該控制閘極，該程式化方法下列步驟： 設定與複數個臨限電壓呈線性比例的電壓，且設定 與該些臨限電壓相關在該些記憶體記憶胞內該源極及該汲 極內流動的固定電流値：以及 施用與複數個臨限電壓呈線性比例的該些電壓中至 少一個至該與記憶體記憶胞中被選定的至少一個之該控制 閘極，並且強制終止使用該些固定電流値的每一記憶胞之 程式化，藉此程式化該被選定的記憶胞。 3入·種程式化非揮發記憶體系統使用之程式化方 法，該程式化系統有選擇記憶胞的能力，並且該非揮發性 ----------A------訂------球 (讀先聞讀背*之注$項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中國國家橾隼（CNS > A4規格（210X297公釐）